JP2004359070A - エンジン自動車の電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】直列蓄電装置を備えた一電源式電源システムのエンジン自動車において、蓄電装置の寿命をほぼ同一にし、保守作業を容易にする。
【解決手段】第1の蓄電装置8aから第1の負荷11に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置9aから第2の負荷12に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置9aが第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置9aから充電装置15を介して第1の蓄電装置8aを充電すると共に、エンジン1により駆動される発電動機2から第2の蓄電装置9aを充電するエンジン自動車の電源システムに関する。充電装置15は、第3の蓄電装置13を流れる電流と第1の蓄電装置8aを流れる電流とが等しくなるように、第1の蓄電装置8aに流す充電電流を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】第1の蓄電装置8aから第1の負荷11に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置9aから第2の負荷12に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置9aが第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置9aから充電装置15を介して第1の蓄電装置8aを充電すると共に、エンジン1により駆動される発電動機2から第2の蓄電装置9aを充電するエンジン自動車の電源システムに関する。充電装置15は、第3の蓄電装置13を流れる電流と第1の蓄電装置8aを流れる電流とが等しくなるように、第1の蓄電装置8aに流す充電電流を制御する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン(内燃機関)によって駆動されるエンジン自動車の電源システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来から知られている二電源式エンジン自動車の基本的なパワートレインと電源システムを示す図である。同図において、1はエンジン、2は発電動機、3はクラッチ、4は変速機、5はデフギア、6は車輪、7は発電動機2を駆動するコンバータ、8は第1の蓄電装置、9は第2の蓄電装置、10は第2の蓄電装置9の電力を用いて第1の蓄電装置8を充電する充電装置、11は第1の蓄電装置8を電源とする負荷、12は第2の蓄電装置9を電源とする負荷である。
【0003】
上記構成において、第1の蓄電装置8は公称12V電池であり、また、第2の蓄電装置9は公称36V電池であって第1の蓄電装置8を3個直列接続して構成されている。第1の蓄電装置8を電源とする負荷11は、照明器や電子機器等の容量の小さい負荷であり、第2の蓄電装置9を電源とする負荷12は、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリング用ポンプ等の回転機負荷で比較的容量の大きい負荷である。
【0004】
次に、図6の動作について説明する。
まず、発電動機2としては、電動機と発電機の機能を併せ持った多相交流機が使用される。また、コンバータ7は、発電動機2を駆動するため多相としている。
エンジン1の始動時は、第2の蓄電装置9の電力によりコンバータ7をインバータ運転し、発電動機2を電動機運転する。すなわち、エンジン始動時は発電動機2をスタータとして動作させる。
エンジン始動後は、発電動機2を発電機として動作させ、その発電電力によりコンバータ7を介して第2の蓄電装置9を充電する。
第1の蓄電装置8を充電するための充電装置10は、直流から直流への電力変換を行うため、一般にチョッパが使用されている。
【0005】
従前のエンジン自動車では、単一の電池(図6における第1の蓄電装置8)のみを搭載していたが、負荷の容量の増大や多様化に伴い、図6に示すように二種類の蓄電装置を備えた電源システムが実用されてきている。以下では、この二電源式電源システムを備えたエンジン自動車を二電源式エンジン自動車ということとする。
ここで、図6に示した二電源式エンジン自動車においても、従前の単一電池によるエンジン自動車と同じ動作信頼性が要求されると共に、従前のエンジン自動車と比べて、追加される機器は小形・軽量、安価であることが特に求められる。
【0006】
この解決策の一つとして、図7に示す電源システムが既に提案されている(後述の特許文献1参照)。図7において、図6と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図7において、第2の蓄電装置9aは、第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13とを直列接続して構成されている(以下、便宜的に第2の蓄電装置9aを直列蓄電装置という)。ここで、蓄電装置9aは図6の第2の蓄電装置9に対応し、また、蓄電装置8aは図6の第1の蓄電装置8に対応している。以下では、この直列蓄電装置を有する電源システムを見かけ上、一電源式電源システムといい、この電源システムを備えたエンジン自動車を一電源式エンジン自動車ということとする。
【0007】
なお、図7における14は、第2の蓄電装置9aを電源として第1の蓄電装置8aを充電する充電装置である。この充電装置14は、蓄電装置8aの電圧が規定値以内になるように蓄電装置8aの充電電流を制御している。すなわち、第1の蓄電装置8aの充電電流は、第3の蓄電装置13に流れる電流とは無関係に制御されている。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−217268号公報(図1等)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
図7に示した一電源式電源システムは、図6の二電源式電源システムに比べて蓄電装置を構成する単位電池の数を削減できる効果がある反面、第1の蓄電装置8aに流れる電流と第3の蓄電装置13に流れる電流とが異なるため、結果的に蓄電装置8a,13の寿命に差異を生じるおそれがある。これにより、蓄電装置の交換時期がまちまちとなり、保守作業が煩雑化するという問題があった。
【0010】
そこで本発明は、図7のような直列蓄電装置を備えた一電源式電源システムのエンジン自動車において、蓄電装置の寿命をほぼ同一にし、保守作業を容易にしたエンジン自動車の電源システムを提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数個の蓄電装置を直列接続した場合、各蓄電装置に流れる電流は同じであるため、すべての蓄電装置の寿命がほぼ等しくなることに着目してなされたものである。
すなわち、請求項1記載の発明は、第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第3の蓄電装置を流れる電流と第1の蓄電装置を流れる電流とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【0012】
請求項2記載の発明は、第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、前記充電装置から第1の蓄電装置に流す充電電流と第1の蓄電装置から第1の負荷に流れる電流とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【0013】
請求項3記載の発明は、第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第1の蓄電装置の充放電量(充放電電流と通流時間との積)と第3の蓄電装置の充放電量とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記発電機と第2の蓄電装置との間にコンバータを接続し、エンジン始動時には、前記コンバータをインバータ動作させて前記発電機をスタータとして動作させ、第2の蓄電装置の充電時には、前記コンバータを整流器動作させて第2の蓄電装置を充電するものである。
【0015】
なお、上記各発明においては、請求項5,6に記載するように、第1または第3の蓄電装置の一方もしくは双方に電池または電気二重層キャパシタが使用される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の第1実施形態を示す構成図であり、図7と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項1,4に記載した発明の実施形態に相当する。
図1において、15は第2の蓄電装置9aを電源とし、第1の蓄電装置8aを充電する充電装置である。また、15aは第3の蓄電装置13を流れる電流を検出する電流検出器、15bは第1の蓄電装置8aを流れる電流を検出する電流検出器である。
【0017】
なお、パワートレインの構成、及び、充電装置15、第1の蓄電装置8a、第3の蓄電装置13、第1の負荷11、第2の負荷12の接続構成は、図7と同一である。また、直列接続された第1の蓄電装置8a及び第3の蓄電装置13によって第2の蓄電装置(直列蓄電装置)9aが構成される点も図7と同一である。
【0018】
次に、図1の動作について説明する。
図1において、エンジン1により駆動される発電動機2が発生した交流電力は、コンバータ7を整流器動作させることにより直流電力に変換され、第2の蓄電装置9aを充電する。i7はコンバータ7の直流側を流れる電流であり、コンバータ7から蓄電装置9a側に流れる電流を示している。i12は第2の負荷12に流れる電流、i11は第1の負荷11に流れる電流、i13は第3の蓄電装置13に流れる電流、i8aは第1の蓄電装置8aに流れる電流である。更に、i15inは充電装置15の入力電流、i15outは充電装置15の出力電流を示す。
【0019】
第2の蓄電装置9aは、第3の蓄電装置13と第1の蓄電装置8aとを直列接続して構成されているので、
[数1]
i13=i8a
であれば、蓄電装置9aは、同じ電流が流れる蓄電装置13と蓄電装置8aとからなる直列蓄電装置となり、蓄電装置8a,13の寿命をほぼ等しくすることができる。従って、電流検出器15aにより蓄電装置13を流れる電流i13を検出すると共に、電流検出器15bにより蓄電装置8aの電流i8aを検出し、両方の電流i13,i8aが等しくなるように充電装置15の出力電流i15outを制御すれば良い。
【0020】
なお、コンバータ7からの電流i7と負荷12への電流i12及び負荷11への電流i11との過不足分が、蓄電装置9aから供給される。すなわち、コンバータ7から出力される電流i7と負荷11,12に供給される電流i11,i12との過不足に応じて、第2の蓄電装置9aは充放電動作することになる。
【0021】
次に、図2は、図1の充電装置15の一例を示したもので、回路構成が簡単なフライバック形と称される回路方式である。図2において、図1と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図2において、150はフライバックトランス、151はフライバックトランス150の一次側に接続された半導体スイッチであり、MOSFET 151a及びダイオード151bから構成されている。MOSFET 151aのゲートにはゲート駆動回路153が接続され、このゲート駆動回路153は制御回路155に接続されている。
【0022】
また、152はフライバックトランス150の二次側にアノードが接続されたダイオードであり、そのカソードは第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13との接続点に接続されている。更に、前記制御回路155は、図示されていないコンバータ7とMOSFET 151aとの接続点と、前記ダイオード152のカソードとの間に接続されている。154は、電流検出器15a,15b及び制御回路155に接続された電流検出・演算回路である。
図2に示したフライバック回路方式では、MOSFET 151aのオン時間とオフ時間との比を制御することにより出力電流(第1の蓄電装置8aの充電電流)i15outを制御する。フライバック形の制御動作は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0023】
図2の全体的な動作を説明すると、電流検出・演算回路154は、電流検出器15aにより検出される第3の蓄電装置13の電流と、電流検出器15bにより検出される第1の蓄電装置8aの電流とが等しくなるように、制御回路155に制御信号を送る。制御回路155は、電流検出・演算回路154からの信号に応じ、ゲート駆動回路153を介してMOSFET 151aの通流率を制御する。また、制御回路155は、第1の蓄電装置8aの電圧も検出し、蓄電装置8aの電圧が規定値内に入るように制御を行う。
【0024】
この実施形態によれば、充電装置15によって第3の蓄電装置13と第1の蓄電装置8aとを流れる電流が等しくなるように出力電流を制御するため、蓄電装置8a,13の寿命をほぼ等しくすることができる。
【0025】
次に、図3は本発明の第2実施形態を示すものであり、図1と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項2,4に記載した発明の実施形態に相当する。
図3において、15cは第1の負荷11に流れる電流i11を検出する電流検出器、15dは充電装置15の出力電流i15outを検出する電流検出器である。図1との相異点は、電流検出器の配置のみであり、充電装置15の構成は図2と同様である。
【0026】
次いで、この実施形態の動作を説明する。
図3において、第2の蓄電装置9aは、第3の蓄電装置13と第1の蓄電装置8aとを直列接続して構成されているので、
[数2]
i15out=i11
であれば、蓄電装置9aは、蓄電装置13と蓄電装置8aとからなる直列蓄電装置として動作し、両者を流れる電流は等しくなる。すなわち、電流検出器15cにより負荷11に流れる電流i11を検出すると共に、電流検出器15dにより充電装置15の出力電流i15outを検出し、両電流i11,i15outが等しくなるように充電装置15を制御する。
一般に充電装置15は、充電装置自身の出力電流を検出・保護するために電流検出器を内蔵しているので、図3の電流検出器15dを、充電装置に内蔵された電流検出器によって代用することも可能である。
【0027】
上述した第1,第2実施形態では、電流を検出・制御して第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13の電流値を等しくすることにより第2の蓄電装置9aを直列蓄電装置として動作させるものであるが、以下の第3実施形態では、第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13の充放電量(充放電電流と通流時間との積)を等しくすることにより、第2の蓄電装置9aを直列蓄電装置として動作させるようにした。
【0028】
図4は、この第3実施形態を示す構成図である。図4において、図2と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項3,4に記載した発明の実施形態に相当する。
図4に示す充電装置15’において、156は充放電量検出・演算回路であり、電流検出器15a,15bにより検出した電流値及び通流時間から蓄電装置13,8aの充放電量を演算し、その結果を制御回路155に出力する。制御回路155は、蓄電装置13及び蓄電装置8aの充放電量が等しくなるように、ゲート駆動回路153を介してMOSFET 151aの通流率を制御する。
【0029】
この実施形態においては、充電装置15’が第3の蓄電装置13及び第1の蓄電装置8aの充放電量が等しくなるように出力電流を制御することにより、蓄電装置8a,13の寿命をほぼ等しくすることができる。
【0030】
上記第1〜第3実施形態においても、図7の従来技術と同様に、発電動機2を発電機運転し、コンバータ7を整流器動作させて蓄電装置を充電すると共に、エンジン1の始動時には、コンバータ7をインバータ運転して発電動機2を電動機運転することにより、発電動機2をスタータとして動作させる。
エンジン1の始動時における充電装置15(15’)の動作は、第1〜第3実施形態とも蓄電装置の充電時と同様である。
図5は、図1の第1実施形態におけるエンジン始動時の動作説明図であり、電流i7,i13,i8aの向きが図1に対して反転している点のみが異なり、充電装置15(15’)の入出力電流i15in,i15outや負荷電流i12,i11の向きは図1と変わりはない。
【0031】
なお、上記各実施形態では第1の蓄電装置8a及び第3の蓄電装置13として電池を用いる場合を想定しているが、両蓄電装置に電気二重層キャパシタを使用することも勿論可能である。また、負荷の種類に応じて一方の蓄電装置を電池とし、他方の蓄電装置を電気二重層キャパシタとしても良い。
【0032】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第1及び第3の蓄電装置を流れる電流または充放電量が等しくなるように充電装置を制御することにより、第1及び第3の蓄電装置の寿命はほぼ等しくなり、電池交換や点検等の保守作業を容易にし、その頻度も少なくすることができる。これにより、保守に要する人員やコストの削減が可能である。
【0033】
更に、蓄電装置の寿命の均等化により、信頼性の高い電源システムを実現することができると共に、一電源式電源システムを搭載することで、電源システムのみならずエンジン自動車全体の小型・軽量化、燃費の向上、低価格化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示すパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図2】本発明の第1実施形態における充電装置の構成図である。
【図3】本発明の第2実施形態を示すパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図4】本発明の第3実施形態における充電装置の構成図である。
【図5】本発明の第1実施形態における他の動作説明図である。
【図6】従来技術としての二電源式エンジン自動車のパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図7】従来技術としての一電源式エンジン自動車のパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【符号の説明】
1:エンジン
2:発電動機
3:クラッチ
4:変速機
5:デフギア
6:車輪
7:コンバータ
8a:第1の蓄電装置
9a:第2の蓄電装置
13:第3の蓄電装置
15,15’:充電装置
11:第1の負荷
12:第2の負荷
15a〜15d:電流検出器
150:フライバックトランス
151:半導体スイッチ
151a:MOSFET
151b,152:ダイオード
153:ゲート駆動回路
154:電流検出・演算回路
155:制御回路
156:充放電量検出・演算回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン(内燃機関)によって駆動されるエンジン自動車の電源システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来から知られている二電源式エンジン自動車の基本的なパワートレインと電源システムを示す図である。同図において、1はエンジン、2は発電動機、3はクラッチ、4は変速機、5はデフギア、6は車輪、7は発電動機2を駆動するコンバータ、8は第1の蓄電装置、9は第2の蓄電装置、10は第2の蓄電装置9の電力を用いて第1の蓄電装置8を充電する充電装置、11は第1の蓄電装置8を電源とする負荷、12は第2の蓄電装置9を電源とする負荷である。
【0003】
上記構成において、第1の蓄電装置8は公称12V電池であり、また、第2の蓄電装置9は公称36V電池であって第1の蓄電装置8を3個直列接続して構成されている。第1の蓄電装置8を電源とする負荷11は、照明器や電子機器等の容量の小さい負荷であり、第2の蓄電装置9を電源とする負荷12は、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリング用ポンプ等の回転機負荷で比較的容量の大きい負荷である。
【0004】
次に、図6の動作について説明する。
まず、発電動機2としては、電動機と発電機の機能を併せ持った多相交流機が使用される。また、コンバータ7は、発電動機2を駆動するため多相としている。
エンジン1の始動時は、第2の蓄電装置9の電力によりコンバータ7をインバータ運転し、発電動機2を電動機運転する。すなわち、エンジン始動時は発電動機2をスタータとして動作させる。
エンジン始動後は、発電動機2を発電機として動作させ、その発電電力によりコンバータ7を介して第2の蓄電装置9を充電する。
第1の蓄電装置8を充電するための充電装置10は、直流から直流への電力変換を行うため、一般にチョッパが使用されている。
【0005】
従前のエンジン自動車では、単一の電池(図6における第1の蓄電装置8)のみを搭載していたが、負荷の容量の増大や多様化に伴い、図6に示すように二種類の蓄電装置を備えた電源システムが実用されてきている。以下では、この二電源式電源システムを備えたエンジン自動車を二電源式エンジン自動車ということとする。
ここで、図6に示した二電源式エンジン自動車においても、従前の単一電池によるエンジン自動車と同じ動作信頼性が要求されると共に、従前のエンジン自動車と比べて、追加される機器は小形・軽量、安価であることが特に求められる。
【0006】
この解決策の一つとして、図7に示す電源システムが既に提案されている(後述の特許文献1参照)。図7において、図6と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図7において、第2の蓄電装置9aは、第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13とを直列接続して構成されている(以下、便宜的に第2の蓄電装置9aを直列蓄電装置という)。ここで、蓄電装置9aは図6の第2の蓄電装置9に対応し、また、蓄電装置8aは図6の第1の蓄電装置8に対応している。以下では、この直列蓄電装置を有する電源システムを見かけ上、一電源式電源システムといい、この電源システムを備えたエンジン自動車を一電源式エンジン自動車ということとする。
【0007】
なお、図7における14は、第2の蓄電装置9aを電源として第1の蓄電装置8aを充電する充電装置である。この充電装置14は、蓄電装置8aの電圧が規定値以内になるように蓄電装置8aの充電電流を制御している。すなわち、第1の蓄電装置8aの充電電流は、第3の蓄電装置13に流れる電流とは無関係に制御されている。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−217268号公報(図1等)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
図7に示した一電源式電源システムは、図6の二電源式電源システムに比べて蓄電装置を構成する単位電池の数を削減できる効果がある反面、第1の蓄電装置8aに流れる電流と第3の蓄電装置13に流れる電流とが異なるため、結果的に蓄電装置8a,13の寿命に差異を生じるおそれがある。これにより、蓄電装置の交換時期がまちまちとなり、保守作業が煩雑化するという問題があった。
【0010】
そこで本発明は、図7のような直列蓄電装置を備えた一電源式電源システムのエンジン自動車において、蓄電装置の寿命をほぼ同一にし、保守作業を容易にしたエンジン自動車の電源システムを提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数個の蓄電装置を直列接続した場合、各蓄電装置に流れる電流は同じであるため、すべての蓄電装置の寿命がほぼ等しくなることに着目してなされたものである。
すなわち、請求項1記載の発明は、第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第3の蓄電装置を流れる電流と第1の蓄電装置を流れる電流とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【0012】
請求項2記載の発明は、第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、前記充電装置から第1の蓄電装置に流す充電電流と第1の蓄電装置から第1の負荷に流れる電流とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【0013】
請求項3記載の発明は、第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第1の蓄電装置の充放電量(充放電電流と通流時間との積)と第3の蓄電装置の充放電量とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御するものである。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記発電機と第2の蓄電装置との間にコンバータを接続し、エンジン始動時には、前記コンバータをインバータ動作させて前記発電機をスタータとして動作させ、第2の蓄電装置の充電時には、前記コンバータを整流器動作させて第2の蓄電装置を充電するものである。
【0015】
なお、上記各発明においては、請求項5,6に記載するように、第1または第3の蓄電装置の一方もしくは双方に電池または電気二重層キャパシタが使用される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の第1実施形態を示す構成図であり、図7と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項1,4に記載した発明の実施形態に相当する。
図1において、15は第2の蓄電装置9aを電源とし、第1の蓄電装置8aを充電する充電装置である。また、15aは第3の蓄電装置13を流れる電流を検出する電流検出器、15bは第1の蓄電装置8aを流れる電流を検出する電流検出器である。
【0017】
なお、パワートレインの構成、及び、充電装置15、第1の蓄電装置8a、第3の蓄電装置13、第1の負荷11、第2の負荷12の接続構成は、図7と同一である。また、直列接続された第1の蓄電装置8a及び第3の蓄電装置13によって第2の蓄電装置(直列蓄電装置)9aが構成される点も図7と同一である。
【0018】
次に、図1の動作について説明する。
図1において、エンジン1により駆動される発電動機2が発生した交流電力は、コンバータ7を整流器動作させることにより直流電力に変換され、第2の蓄電装置9aを充電する。i7はコンバータ7の直流側を流れる電流であり、コンバータ7から蓄電装置9a側に流れる電流を示している。i12は第2の負荷12に流れる電流、i11は第1の負荷11に流れる電流、i13は第3の蓄電装置13に流れる電流、i8aは第1の蓄電装置8aに流れる電流である。更に、i15inは充電装置15の入力電流、i15outは充電装置15の出力電流を示す。
【0019】
第2の蓄電装置9aは、第3の蓄電装置13と第1の蓄電装置8aとを直列接続して構成されているので、
[数1]
i13=i8a
であれば、蓄電装置9aは、同じ電流が流れる蓄電装置13と蓄電装置8aとからなる直列蓄電装置となり、蓄電装置8a,13の寿命をほぼ等しくすることができる。従って、電流検出器15aにより蓄電装置13を流れる電流i13を検出すると共に、電流検出器15bにより蓄電装置8aの電流i8aを検出し、両方の電流i13,i8aが等しくなるように充電装置15の出力電流i15outを制御すれば良い。
【0020】
なお、コンバータ7からの電流i7と負荷12への電流i12及び負荷11への電流i11との過不足分が、蓄電装置9aから供給される。すなわち、コンバータ7から出力される電流i7と負荷11,12に供給される電流i11,i12との過不足に応じて、第2の蓄電装置9aは充放電動作することになる。
【0021】
次に、図2は、図1の充電装置15の一例を示したもので、回路構成が簡単なフライバック形と称される回路方式である。図2において、図1と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図2において、150はフライバックトランス、151はフライバックトランス150の一次側に接続された半導体スイッチであり、MOSFET 151a及びダイオード151bから構成されている。MOSFET 151aのゲートにはゲート駆動回路153が接続され、このゲート駆動回路153は制御回路155に接続されている。
【0022】
また、152はフライバックトランス150の二次側にアノードが接続されたダイオードであり、そのカソードは第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13との接続点に接続されている。更に、前記制御回路155は、図示されていないコンバータ7とMOSFET 151aとの接続点と、前記ダイオード152のカソードとの間に接続されている。154は、電流検出器15a,15b及び制御回路155に接続された電流検出・演算回路である。
図2に示したフライバック回路方式では、MOSFET 151aのオン時間とオフ時間との比を制御することにより出力電流(第1の蓄電装置8aの充電電流)i15outを制御する。フライバック形の制御動作は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0023】
図2の全体的な動作を説明すると、電流検出・演算回路154は、電流検出器15aにより検出される第3の蓄電装置13の電流と、電流検出器15bにより検出される第1の蓄電装置8aの電流とが等しくなるように、制御回路155に制御信号を送る。制御回路155は、電流検出・演算回路154からの信号に応じ、ゲート駆動回路153を介してMOSFET 151aの通流率を制御する。また、制御回路155は、第1の蓄電装置8aの電圧も検出し、蓄電装置8aの電圧が規定値内に入るように制御を行う。
【0024】
この実施形態によれば、充電装置15によって第3の蓄電装置13と第1の蓄電装置8aとを流れる電流が等しくなるように出力電流を制御するため、蓄電装置8a,13の寿命をほぼ等しくすることができる。
【0025】
次に、図3は本発明の第2実施形態を示すものであり、図1と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項2,4に記載した発明の実施形態に相当する。
図3において、15cは第1の負荷11に流れる電流i11を検出する電流検出器、15dは充電装置15の出力電流i15outを検出する電流検出器である。図1との相異点は、電流検出器の配置のみであり、充電装置15の構成は図2と同様である。
【0026】
次いで、この実施形態の動作を説明する。
図3において、第2の蓄電装置9aは、第3の蓄電装置13と第1の蓄電装置8aとを直列接続して構成されているので、
[数2]
i15out=i11
であれば、蓄電装置9aは、蓄電装置13と蓄電装置8aとからなる直列蓄電装置として動作し、両者を流れる電流は等しくなる。すなわち、電流検出器15cにより負荷11に流れる電流i11を検出すると共に、電流検出器15dにより充電装置15の出力電流i15outを検出し、両電流i11,i15outが等しくなるように充電装置15を制御する。
一般に充電装置15は、充電装置自身の出力電流を検出・保護するために電流検出器を内蔵しているので、図3の電流検出器15dを、充電装置に内蔵された電流検出器によって代用することも可能である。
【0027】
上述した第1,第2実施形態では、電流を検出・制御して第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13の電流値を等しくすることにより第2の蓄電装置9aを直列蓄電装置として動作させるものであるが、以下の第3実施形態では、第1の蓄電装置8aと第3の蓄電装置13の充放電量(充放電電流と通流時間との積)を等しくすることにより、第2の蓄電装置9aを直列蓄電装置として動作させるようにした。
【0028】
図4は、この第3実施形態を示す構成図である。図4において、図2と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。この実施形態は請求項3,4に記載した発明の実施形態に相当する。
図4に示す充電装置15’において、156は充放電量検出・演算回路であり、電流検出器15a,15bにより検出した電流値及び通流時間から蓄電装置13,8aの充放電量を演算し、その結果を制御回路155に出力する。制御回路155は、蓄電装置13及び蓄電装置8aの充放電量が等しくなるように、ゲート駆動回路153を介してMOSFET 151aの通流率を制御する。
【0029】
この実施形態においては、充電装置15’が第3の蓄電装置13及び第1の蓄電装置8aの充放電量が等しくなるように出力電流を制御することにより、蓄電装置8a,13の寿命をほぼ等しくすることができる。
【0030】
上記第1〜第3実施形態においても、図7の従来技術と同様に、発電動機2を発電機運転し、コンバータ7を整流器動作させて蓄電装置を充電すると共に、エンジン1の始動時には、コンバータ7をインバータ運転して発電動機2を電動機運転することにより、発電動機2をスタータとして動作させる。
エンジン1の始動時における充電装置15(15’)の動作は、第1〜第3実施形態とも蓄電装置の充電時と同様である。
図5は、図1の第1実施形態におけるエンジン始動時の動作説明図であり、電流i7,i13,i8aの向きが図1に対して反転している点のみが異なり、充電装置15(15’)の入出力電流i15in,i15outや負荷電流i12,i11の向きは図1と変わりはない。
【0031】
なお、上記各実施形態では第1の蓄電装置8a及び第3の蓄電装置13として電池を用いる場合を想定しているが、両蓄電装置に電気二重層キャパシタを使用することも勿論可能である。また、負荷の種類に応じて一方の蓄電装置を電池とし、他方の蓄電装置を電気二重層キャパシタとしても良い。
【0032】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第1及び第3の蓄電装置を流れる電流または充放電量が等しくなるように充電装置を制御することにより、第1及び第3の蓄電装置の寿命はほぼ等しくなり、電池交換や点検等の保守作業を容易にし、その頻度も少なくすることができる。これにより、保守に要する人員やコストの削減が可能である。
【0033】
更に、蓄電装置の寿命の均等化により、信頼性の高い電源システムを実現することができると共に、一電源式電源システムを搭載することで、電源システムのみならずエンジン自動車全体の小型・軽量化、燃費の向上、低価格化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示すパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図2】本発明の第1実施形態における充電装置の構成図である。
【図3】本発明の第2実施形態を示すパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図4】本発明の第3実施形態における充電装置の構成図である。
【図5】本発明の第1実施形態における他の動作説明図である。
【図6】従来技術としての二電源式エンジン自動車のパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【図7】従来技術としての一電源式エンジン自動車のパワートレイン及び電源システムの構成図である。
【符号の説明】
1:エンジン
2:発電動機
3:クラッチ
4:変速機
5:デフギア
6:車輪
7:コンバータ
8a:第1の蓄電装置
9a:第2の蓄電装置
13:第3の蓄電装置
15,15’:充電装置
11:第1の負荷
12:第2の負荷
15a〜15d:電流検出器
150:フライバックトランス
151:半導体スイッチ
151a:MOSFET
151b,152:ダイオード
153:ゲート駆動回路
154:電流検出・演算回路
155:制御回路
156:充放電量検出・演算回路
Claims (6)
- 第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第1の蓄電装置を流れる電流と第3の蓄電装置を流れる電流とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御することを特徴とするエンジン自動車の電源システム。 - 第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、前記充電装置から第1の蓄電装置に流す充電電流と第1の蓄電装置から第1の負荷に流れる電流とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御することを特徴とするエンジン自動車の電源システム。 - 第1の蓄電装置から第1の負荷に電力を供給し、かつ、第2の蓄電装置から第2の負荷に電力を供給するエンジン自動車の電源システムであって、第2の蓄電装置が第1の蓄電装置と第3の蓄電装置とを直列接続して構成され、第2の蓄電装置から充電装置を介して第1の蓄電装置を充電すると共に、エンジンにより駆動される発電機から第2の蓄電装置を充電するエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記充電装置は、第1の蓄電装置の充放電量と第3の蓄電装置の充放電量とが等しくなるように、第1の蓄電装置に流す充電電流を制御することを特徴とするエンジン自動車の電源システム。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
前記発電機と第2の蓄電装置との間にコンバータを接続し、エンジン始動時には、前記コンバータをインバータ動作させて前記発電機をスタータとして動作させ、第2の蓄電装置の充電時には、前記コンバータを整流器動作させて第2の蓄電装置を充電することを特徴とするエンジン自動車の電源システム。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
第1または第3の蓄電装置の一方または双方が、電池であることを特徴とするエンジン自動車の電源システム。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載したエンジン自動車の電源システムにおいて、
第1または第3の蓄電装置の一方または双方が、電気二重層キャパシタであることを特徴とするエンジン自動車の電源システム。
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JP2010213520A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | 電力供給装置 |
JP2012090366A (ja) * | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Jtekt Corp | 電源装置及びこれを備えた電動パワーステアリング装置 |
JP2017046400A (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 太陽誘電株式会社 | 制御装置、蓄電装置及び移動体 |
-
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- 2003-06-04 JP JP2003158846A patent/JP2004359070A/ja not_active Withdrawn
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